Studi Perbandingan Berat Profil Pada Struktur Gedung Baja Yang Didesain Sebagai Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus dan Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas.

(1)

STUDI PERBANDINGAN BERAT PROFIL PADA STRUKTUR

GEDUNG BAJA YANG DIDESAIN SEBAGAI SISTEM

RANGKA PEMIKUL MOMEN KHUSUS DAN SISTEM

RANGKA PEMIKUL MOMEN TERBATAS

Nama : Erly Elkania NRP : 0221067

Pembimbing : Djoni Simanta, Ir.,MT.

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

ABSTRAK

Sistem Rangka Pemikul Momen adalah sistem rangka dimana struktur tersebut terdiri dari balok utama yang langsung ditumpu oleh kolom dan dianggap menyatu secara kaku dengan kolom. Sistem rangka ini lazim dipakai untuk analisis struktur pada bangunan yang menahan beban gravitasi dan lateral akibat gempa. Konsep kinerja dari Sistem Rangka Pemikul Momen adalah berupa penyerapan energi gempa secara efektif melalui terbentuknya sendi plastis pada bagian struktur tertentu, sehingga sistem rangka dapat mengalami daktilitas pada struktur. Sistem rangka ini terdiri dari tiga jenis yaitu: (a). Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK), (b). Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT), dan (c). Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB).

(2)

DAFTAR ISI

Halaman

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR... i

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR... ii

ABSTRAK... iii

PRAKATA... iv

DAFTAR ISI... vi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL... xiv

DAFTAR LAMPIRAN... xv

BAB 1 PENDAHULUAN... 1

1.1Latar Belakang Masalah………... 1

1.2Maksud dan Tujuan Penulisan………... 3

1.3Ruang Lingkup Pembahasan……….. 4

1.4Sistematika Pembahasan………... 5

BAB 2 SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN... 6

2.1 Konsep Perencanaan Struktur pada Sistem Rangka Pemikul Momen... 6

2.1.1 Perilaku Inelastis dalam Perencanaan Struktur Tahan Gempa. 7 2.1.2 Daktilitas Struktur... 9

2.1.3 Sendi Plastis... 11

2.2 Sistem Rangka Pemikul Momen Terhadap Beban Gempa Nominal Statik Ekivalen... 12

(3)

2.2.2 Wilayah Gempa dan Respon Spektrum... 14

2.3 Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus... 15

2.3.1 Sambungan Balok ke Kolom... 15

2.3.2 Daerah Panel pada Sambungan Balok ke Kolom... 17

2.3.3 Batasan – Batasan Terhadap Balok dan Kolom... 19

2.3.4 Perbandingan Momen Kolom Terhadap Momen Balok... 19

2.3.5 Perhitungan Tebal Pelat Ganda... 21

2.4 Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas... 23

2.4.1 Sambungan Balok ke Kolom... 23

2.4.2 Daerah Panel Pada Sambungan Balok ke Kolom... 25

2.4.3 Batasan – Batasan Terhadap Balok dan Kolom ... 26

2.4.4 Perhitungan Tebal Pelat Ganda... 26

BAB 3 STUDI KASUS... 28

3.1 Data Struktur... 29

3.2 Data Bahan... 29

3.3 Pembebanan... 29

3.4 Kombinasi Pembebanan... 30

3.5 Dimensi Balok, Kolom, Balok Anak, dan Ukuran Bondek... 31

3.6 Pemodelan Struktur... 33

BAB 4 ANALISIS KASUS... 35

4.1 Pemakaian Profil Hasil Desain ETABS……… 35

4.2 Total Berat Profil pada Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dan Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT)... 46

(4)

4.3.1 Analisis Kinerja Batas Layan pada Sistem Rangka Pemikul

Momen Khusus (SRPMK)... 48

4.3.2 Analisis Kinerja Batas Layan pada Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT)... 50

4.4 Contoh Perhitungan Manual Balok dan Kolom... 52

4.4.1 Perhitungan Manual Balok pada SRPMK... 52

4.4.2 Perhitungan Manual Kolom pada SRPMK... 61

4.4.3 Perhitungan Manual Balok pada SRPMT... 73

4.4.4 Perhitungan Manual Kolom pada SRPMT... 82

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 92

5.1 Kesimpulan... 92

5.2 Saran... 93

DAFTAR PUSTAKA... 94

(5)

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

Ag = Luas penampang bruto kolom, mm2

Ao = Percepatan puncak muka tanah

Ar = Percepatan respons maksimum

Aw = Luas geser perlu, mm2

DL = Beban mati

DSTLSn = Design steel ke - n

dz = Tinggi daerah panel diantara pelat terusan, mm

Es = Elastisitas baja, MPa

EX = Beban statik gempa arah sumbu x

EXT1 = Beban statik gempa arah sumbu x ditambah torsi arah y EXT2 = Beban statik gempa arah sumbu x dikurang torsi arah y EY = Beban statik gempa arah sumbu y

EYT1 = Beban statik gempa arah sumbu y ditambah torsi arah x EYT2 = Beban statik gempa arah sumbu y dikurang torsi arah x Fy = Tegangan leleh baja, Mpa

Fyc = Tegangan leleh penampang kolom, MPa

hr = Tebal dek, mm LL = Beban hidup

Lroof = Beban hidup pada atap

I = Faktor keutamaan

I1 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa

(6)

I2 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa

berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut.

Muxn = Momen terfaktor pada balok ke-n, balok yang menempel pada

pertemuan as balok dan kolom

Puc = Gaya aksial tekan terfaktor pada kolom, N

R = Faktor reduksi gempa

Rv = Gaya geser nominal pada pertemuan as balok dan as kolom, N SDL = Beban mati tambahan

SNI = Standar Nasional Indonesia

Sr = Jarak antar rusuk, mm

t = Tebal pelat badan penampang kolom atau pelat pengganda pada daerah panel, mm

tc = Tebal pelat, mm

tdp = Tebal pelat ganda, mm

tfn = Tebal sayap balok, mm

V = Gaya geser dasar nominal

Vp = Gaya geser pada pertemuan as balok dan as kolom

wr = Lebar rusuk dek, mm

Wt = Berat total gedung

Wz = Lebar daerah panel diantara kedua sayap kolom, mm

∑

*

(7)

Daftar Notasi dan Singkatan pada Mathcad

Ag = Luas penampang profil baja, mm2

bf = Lebar sayap profil baja, mm

Mux = Momen terfaktor arah sumbu x, Nmm

Muy = Momen terfaktor arah sumbu y, Nmm

ΦPn = Gaya aksial nominal, N

Pu = Gaya aksial terfaktor, N

tf = Tebal sayap profil baja, mm

tw = Tebal badan profil baja, mm

Vua = Gaya geser kolom yang ada diatas kolom yang dihitung

(8)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Pembebanan pada struktur dalam masa layan ... 8

Gambar 2.2 Sendi plastis ... 11

Gambar 2.3 Pelat Ganda... 23

Gambar 3.1 Denah lantai ... 33

Gambar 3.2 Tampak samping ... 33

Gambar 3.3 Tampak tiga dimensi ... 34

Gambar 4.1 Balok lantai 1 SRPMK ... 36

Gambar 4.2 Balok lantai 1 SRPMT ... 36

Gambar 4.9 Balok anak pada lantai 1-3 SRPMK dan SRPMT ……….... 40

Gambar 4.10 Balok anak pada lantai 4 SRPMK dan SRPMT ………... 40

Gambar 4.11 Kolom elevasi 1 SRPMK ………... 41

Gambar 4.12 Kolom elevasi 1 SRPMT ……… 41

Gambar 4.14 Kolom elevasi 2 SRPMT ………... 42

Gambar 4.15 Kolom elevasi 3 SRPMK ……….... 43

(9)

Gambar 4.18 Kolom elevasi 4 SRPMT ……….... 44

Gambar 4.20 Kolom elevasi 5 SRPMT ……….... 45

Gambar 4.21 Letak balok B1 pada SRPMK ………... 52

Gambar 4.22 Letak kolom C2 pada SRPMK ………... 61

Gambar 4.23 Letak balok B1 pada SRPMT ………... 73

(10)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Faktor Keutamaan I untuk Berbagai Kategori Gedung………...….. 14

Tabel 2.2 Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia dan Spektrum Respon Gempa Rencana...………... 15

Tabel 4.1 Berat Total Profil pada SRPMK... 46

Tabel 4.2 Berat Total Profil pada SRPMT... 47

Tabel 4.3 Assembled Point Masses SRPMK... 48

Tabel 4.4 Diaghgram Drift Final SRPMK………..…….. 49

Tabel 4.5 Assembled Point Masses SRPMT... 50

Tabel 4.6 Diaghgram Drift Final SRPMK………..…... 51

(11)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Dalam perencanaan suatu struktur bangunan terdapat beberapa alternatif

penggunaan bahan konstruksi dan sistem strukturnya. Pada perencanaan tersebut

diperlukan pemilihan bahan konstruksi yang efisien tetapi sistem struktur juga

harus mempunyai kekuatan yang maksimal. Hal itu dikarenakan suatu struktur

bangunan akan mendapat berbagai pembebanan berupa beban gravitasi dan beban

lateral (gempa). Syarat yang harus dimiliki oleh suatu bangunan tahan gempa

(12)

2

1). Bangunan tersebut harus cukup ringan dan kuat, sehingga gaya yang

ditimbulkan oleh berat bangunan akibat gempa yang terjadi dapat ditekan sekecil

mungkin.

2). Bangunan harus cukup kaku.

3). Daktilitas struktur dalam berdeformasi harus cukup tinggi sehingga

kemampuan struktur dalam mendisipasi energi gempa akan sangat baik.

Berdasarkan Peraturan Perencanaan Bangunan Tahan Gempa, terdapat tiga

falsafah umum untuk perencanaan bangunan tahan gempa. Falsafah tersebut

adalah mencegah kerusakan struktur dan non struktur suatu bangunan bila terkena

gempa ringan (struktur tidak boleh mengalami kerusakan akibat gempa ringan

dengan periode 20 s.d. 50 tahun), mencegah kerusakan struktur serta

meminimalisasi kerusakan non struktur bila terkena gempa bumi sedang (struktur

boleh mengalami kerusakan ringan tapi masih dapat diperbaiki akibat gempa

sedang dengan periode 50 s.d. 150 tahun) dan mencegah keruntuhan sebagian atau

total suatu bangunan bila terkena gempa bumi kuat (struktur mengalami

kerusakan berat tetapi tidak boleh runtuh akibat gempa kuat dengan

Probabilitas sebesar 10% dalam 50 tahun).

Dengan falsafah tersebut, pada dasarnya Peraturan Perencanaan Bangunan

Tahan Gempa memiliki tujuan yaitu untuk melindungi jiwa manusia terhadap

bencana gempa bumi yang kuat dengan memberikan integritas, kekuatan dan

ketahanan pada bangunan sehingga keruntuhan sebahagian dan seluruhnya dapat

dihindari serta mencakup pembatasan kerugian harta benda dan gangguan

kelancaran fungsi bangunan apabila terkena gempa. Oleh karena itu, terobosan –

(13)

3

konstruksi bangunan tahan gempa, mengingat bangunan yang tahan gempa relatif

menjamin keamanan pemilik atau pengguna jasa dalam bidang sipil .

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama

perkembangan material baja serta analisis struktur pada berbagai jenis struktur

bangunan, maka perkembangan rekayasa struktur baja juga telah berkembang

pesat yang ditandai dengan adanya berbagai riset dan penelitian yang pada

akhirnya menghasilkan berbagai metode serta konsep-konsep dasar yang terus

berkembang dalam desain baja, baik dari segi material, elemen struktur maupun

analisis struktur secara keseluruhan.

Studi tentang struktur baja pada awalnya difokuskan pada sistem MRF

(Moment Resisting Frames) atau Sistem Rangka Pemikul Momen. Sistem rangka

ini terdiri dari tiga jenis yaitu: (a). Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus

(SRPMK), (b). Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT), dan (c).

Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB). Sistem portal ini merupakan

sistem rangka dimana struktur tersebut terdiri dari balok utama yang langsung

ditumpu oleh kolom dan dianggap menyatu secara kaku dengan kolom. Sistem ini

memanfaatkan kekakuan balok – balok utama dan kolom.

1.2 Maksud dan Tujuan Penulisan

Maksud dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui berat profil

yang dapat digunakan pada suatu konstruksi gedung berlantai empat dengan

wilayah daerah gempa empat apabila didesain menggunakan Sistem Rangka

Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dan Sistem Rangka Pemikul Momen

(14)

4

mendapatkan penggunaan sistem rangka yang ekonomis berdasarkan total berat

profil yang didapat antara Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dan

Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT), serta memenuhi persyaratan

bangunan tahan gempa.

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan

Bangunan baja dengan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK)

dan bangunan baja dengan Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT) di

analisis dan desain terhadap beban gravitasi dan beban lateral gempa.

Pembahasan masalah berupa analisis dan desain terhadap model struktur baja

dengan batasan – batasan :

1. Bangunan direncanakan berdasarkan kriteria desain tahan gempa untuk

baja.

2. Model struktur bangunan adalah struktur bangunan beraturan dari rangka

baja dengan Fy : 250 MPa dan Fu : 410 MPa.

3. Bangunan berupa gedung bertingkat empat, terletak pada wilayah gempa 4

dan tanah keras.

4. Analisis dan desain menggunakan ETABS 9.04.

5. Sambungan tidak dibahas.

6. Analisis dan desain mengenai pelat tidak dibahas.

7. Balok komposit tidak dibahas, kecuali untuk keperluan pemakaian balok

anak.

(15)

5

1.4 Sistematika Pembahasan

Bab 1. Pendahuluan

Menguraikan latar belakang, maksud dan tujuan penulisan, ruang

lingkup pembahasan, dan sistematika pembahasan .

Bab 2. Tinjauan Pustaka

Menguraikan teori serta definisi dari Sistem Rangka Pemikul

Momen. Menguraikan perilaku dasar dari sistem rangka tersebut

dan mengaplikasikan sistem struktur tersebut sebagai desain

struktur baja tahan gempa.

Bab 3. Studi Kasus

Pemodelan struktur gedung baja berikut diberikan data umum

gedung, data bahan, pembebanan serta ukuran pelat, balok, balok

anak dan kolom. Kemudian dilakukan analisis struktur dengan

menggunakan program ETABS 9.04 .

Bab 4. Analisis Kasus

Pada bab ini berisi pemakaian profil dari hasil desain ETABS dan

dilakukan perhitungan berat profil yang dibutuhkan dari masing –

masing sistem rangka.

Bab 5. Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi kesimpulan dari hasil desain dan analisis, dan saran –

saran untuk mendesain bangunan baja tahan gempa yang

(16)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dari desain kedua sistem rangka yaitu dengan menggunakan Sistem

Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dan Sistem Rangka Pemikul

Momen Terbatas (SRPMT) menghasilkan perbedaan berat profil yang

digunakan. Pada Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK)

didapat total berat profil sebesar 168.868 kg, dan pada Sistem Rangka

Pemikul Momen Terbatas (SRPMT) didapat total berat profil sebesar

(17)

93

yang diberikan pada masing – masing sistem rangka berbeda dan juga

gaya geser rencana yang diberikan pada masing – masing sistem berbeda.

Tabel 4.7 Perbedaan berat profil pada SRPMK dan SRPMT

SRPMK SRPMT

Profil Berat Total Profil (kg) Profil Berat Total Profil (kg)

Balok anak 18297.6 Balok anak 18297.6

Balok 53714.4 Balok 60148.8

Kolom 96856 Kolom 94147.6

2. Dari hasil perbedaan berat profil tersebut, dapat disimpulkan bahwa

Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) merupakan sistem

rangka yang ekonomis pada suatu desain bangunan gedung baja berlantai

empat pada wilayah gempa empat dengan tanah keras karena memiliki

total berat profil yang lebih ringan dibandingkan dengan Sistem Rangka

Pemikul Momen Terbatas (SRPMT).

5.2 Saran

1. Walaupun ETABS dapat memilih profil tetapi perencana bangunan tetap

harus menghaluskan profil yang akan dipakai, dikarenakan dalam

pelaksanaannya profil yang dipakai juga harus didapat dengan mudah di

(18)

95

DAFTAR PUSTAKA

1. American Institute of Steel Construction (2002), Seismic Provisions for

Structural Steel Buildings, AISC, Chicago.

2. Bruneau,Michel et all. (1998), Ductile Design of Steel Structures,

McGraw Hill, New York.

3. Moestopo, Muslinang (2005), Desain Struktur Baja Tahan Gempa,

Jakarta.

4. SNI 03 – 1726 – 2002, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa

untuk Bangunan Gedung, Badan Standardisasi Nasional, Indonesia. 5. SNI 03 – 1729 – 2002, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk

Bangunan Gedung, Badan Standardisasi Nasional, Indonesia.